Fusiereacties

De kernreacties waaraan de zon haar warmte ontleent, kunnen in het klein in een cyclotron of een soortgelijke machine worden nagebootst. Met zo’n apparaat worden de kernen van lichte atomen in een elektrisch veld versneld tot zeer hoge snelheden. Hun energie wordt uitgedrukt in miljoenen elektronvolts. Eén miljoen elektronvolt (MeV) is de energie die een elektron of een proton — of welke deeltje met een eenheidslading dan ook — verkrijgt wanneer het een elektrisch veld van één miljoen volt doorloopt. Een bundel van zulke deeltjes wordt tegen bijvoorbeeld een trefplaatje geschoten om een reactie tussen de kernen in de bundel en die in het trefplaatje tot stand te brengen.

Bijgaande tabel toont enkele van de fusiereacties die door kernfysici in hun laboratoria zijn bestudeerd. Bij elk van deze reacties bevindt één van de deeltjes die links van de pijl staan, zich in rust en wordt dan met hoge snelheid door het andere deeltje getroffen. Ter illustratie, in de eerste reactie die wordt getoond, treft de kern van één waterstofatoom die van een ander, versmelt ermee en schiet een positief elektron weg. De massa wordt iets kleiner en het verschil wordt omgezet in energie overeenkomstig Einsteins beroemde vergelijking E = mc². Bijgevolg is de energie waarmee de gevormde deeltjes uiteenvliegen groter dan de energie die de samensmeltende deeltjes hadden. In dit geval bedraagt de vrijgekomen energie 2.000.000 elektronvolt.

Ter vergelijking, bij de verbranding van steenkool levert de oxidatie van een koolstofatoom slechts vier elektronvolt. In kernreacties hebben wij te maken met miljoenen malen grotere energieën dan bij chemische reacties.

Men gelooft dat in de zon voornamelijk de eerste drie reacties uit de tabel plaatsvinden. Enkele van de andere reacties kunnen misschien gemakkelijker in het laboratorium tot stand worden gebracht. Het zal u opvallen dat in reactie 3, 5 en 6 waarbij helium-4 wordt geproduceerd, de energiewinst veel groter is. Dit is het gevolg van de zeer sterke binding die tussen twee protonen en twee neutronen wordt gevormd. Helium (He⁴) is een zeer stabiel element.

[Diagram op blz. 20]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

H¹ PROTON

n¹ NEUTRON BOUWSTENEN VAN DE KERN

H¹ WATERSTOF

H² DEUTERIUM WATERSTOFISOTOPEN

H³ TRITIUM

He³

He⁴ HELIUMISOTOPEN

ENERGIE UIT FUSIEREACTIES

In de zon:

(1) H¹ + H¹ H² + e⁺ 2,0 MeV

(2) H¹ + H² He³ 5,5 Mev

(3) He³ + He³ He⁴ + H¹ + H¹ 12,9 MeV

Andere reacties:

(4) H² + H² He³ + n¹ 3,2 MeV

H³ + H¹ 4,0 MeV

(5) H² + H³ He⁴ + n¹ 17,6 MeV

(6) H² + He³ He⁴ + H¹ 18,3 MeV